Sitoplazma nedir, ne işe yarar? Sitoplazmanın yapısı nasıldır? Sitoplazmada bulunan maddeler, işlevleri ve sitoplazmada oluşan olaylar.
Sitoplazma
Sitoplazma, filamentler, proteinler, iyonlar ve makromoleküle yapıların yanı sıra sitozolde asılı organellerin yanı sıra sitozol içeren hücreyi dolduran sıvı anlamına gelir.
Ökaryotik hücrelerde sitoplazma, çekirdek hariç hücrenin içeriğini ifade eder. Ökaryotlar, sitoplazmadan ayrı ayrı bir nükleer bölmeyi korumak için ayrıntılı mekanizmalara sahiptir. Aktif taşıma, bu hücre altı yapıların oluşturulmasında ve sitoplazma ile homeostazı sürdürmede rol oynar. Prokaryotik hücreler için, belirli bir nükleer membrana sahip olmadıklarından, sitoplazma aynı zamanda hücrenin birincil genetik materyalini de içerir. Bu hücreler genellikle ökaryotlara kıyasla daha küçüktür ve sitoplazmanın daha basit bir iç organizasyonuna sahiptir.
Sitoplazmanın Yapısı
Sitoplazma olağandışıdır çünkü fiziksel dünyada bulunan diğer sıvılardan farklıdır. Difüzyonu anlamak için incelenen sıvılar genellikle sulu bir ortamda birkaç çözünen madde içerir. Bununla birlikte, sitoplazma, iyonlardan ve küçük moleküllerden proteinlere, dev çoklu protein komplekslerine ve organellere kadar çok çeşitli parçacıkları içeren karmaşık ve kalabalık bir sistemdir. Bu bileşenler, özel motor proteinlerinin yardımıyla ayrıntılı bir hücre iskeleti boyunca hücrenin gereksinimlerine bağlı olarak hücre boyunca hareket ettirilir. Bu tür büyük parçacıkların hareketi aynı zamanda sitozolün fiziksel özelliklerini de değiştirir.
Sitoplazmanın fiziksel yapısı değişkendir. Bazen, hücre boyunca hızlı bir difüzyon vardır ve bu da sitoplazmayı koloidal bir çözüme benzetir. Diğer zamanlarda, jel benzeri veya cam benzeri bir maddenin özelliklerini üstlendiği görülmektedir. Esnek malzemelerin yanı sıra viskoz özelliklere sahip olduğu söyleniyor – minimum enerji kaybı ile orijinal şeklini geri kazanmanın yanı sıra dış kuvvet altında yavaşça deforme olabiliyor. Sitoplazmanın plazma membranına yakın kısımları da “daha sert” iken, iç kısma yakın bölgeler serbestçe akan sıvılara benzer. Sitoplazmadaki bu değişiklikler, hücre içindeki metabolik süreçlere bağlı gibi görünmektedir ve belirli işlevleri yerine getirmede ve hücrenin stres faktörlerinden korunmasında önemli bir rol oynamaktadır.
Sitoplazma üç bileşene ayrılabilir:
- Hücre iskeleti ile ilişkili motor proteinleri
- Organeller ve diğer büyük çok proteinli kompleksler
- Sitoplazmik kapanımlar ve çözünmüş çözeltiler
Hücre İskeleti ve Motor Proteinleri
Hücrenin temel şekli, esasen üç tip polimerden oluşan hücre iskeleti tarafından sağlanır – aktin filamentleri, mikrotübüller ve ara filamentler.
Aktin filamentleri veya mikrofilamentleri 7 nm genişliğindedir ve çift sarmallı F-aktin polimerlerinden oluşur. Bu filamentler, filament montajına yardımcı olan ve aynı zamanda bunların plazma membranına yakın sabitlenmesinde rol oynayan bir dizi başka protein ile ilişkilidir. Bu sitoplazmik konum, mikrofilamentlerin hücre dışı ortamdan sinyal moleküllerine hızlı yanıtlarda yer almasına ve sinyal iletimi veya kemotaksis yoluyla hücresel yanıtlar üretmesine yardımcı olur. Ek olarak, ATP bazlı bir motor protein olan miyozin, mikrofilaman boyunca kargo ve vezikülleri iletir ve ayrıca kas kasılmasında rol oynar.
Mikrotübüller, 13 protofilamentin yanal birleşimiyle içi boş bir tüp oluşturan α ve β tubulin polimerleridir. Her protofilament, değişen α ve β tübülin moleküllerinin bir polimeridir. Bir mikrotübülün iç çapı 12 nm ve dış çapı 24 nm’dir.
Mikrotübüller, çekirdeğin yakınında bulunan mikrotübül düzenleme merkezlerinden hücrenin çevresine doğru yayılır ve hücreye yapı ve şekil sağlar.
Mikrotübüller, sitoplazmik taşınmada, kromozom ayrışmasında ve hücresel hareket için kirpikler ve kamçı gibi yapıların oluşturulmasında rol oynar.
Ara filamentler, mikrofilamentlerden daha büyüktür, ancak mikrotübüllerden daha küçüktür ve yapısal özellikleri paylaşan bir grup protein tarafından oluşturulur. Hücre hareketliliğinde yer almasalar da, hücrelerin doku olarak bir araya gelmesi ve hücre dışı matrise bağlı kalması için önemlidir.
Organeller ve Çoklu-protein Kompleksleri
Çoğu ökaryotik hücre, özel mikro ortamlar için sitoplazma içinde bölmeler sağlayan bir dizi organele sahiptir. Örneğin lizozomlar, enzimatik aktiviteleri için ideal olan asidik bir ortamda bir dizi hidrolaz içerir. Bu hidrolazlar, sitoplazmada sentezlendikten sonra lizozoma aktif olarak taşınır. Mitokondri, kendi genomunu içerirken, sitozolde sentezlenen ve daha sonra seçici olarak organele taşınan birçok enzime ihtiyaç duyar. Bu organeller, sitoplazmanın fiziksel jel benzeri yapısı nedeniyle ve hücre iskeletine demirlenerek belirli konumlara yerleştirilir.
Ek olarak, sitoplazma ayrıca proteazom ve ribozomlar gibi çok proteinli komplekslere ev sahipliği yapar. Ribozomlar, mRNA kodunun proteinlerin amino asit dizilerine çevrilmesi için önemli olan büyük RNA ve protein kompleksleridir. Proteazomlar, kütle olarak yaklaşık 20.000 kilodalton ve çapı 15 nm olan dev moleküler yapılardır. Proteazomlar, artık hücre tarafından ihtiyaç duyulmayan proteinlerin hedeflenen imhası için önemlidir.
Sitoplazmik Kapanımlar
Sitoplazmik kapanımlar, küçük protein kristallerinden pigmentlere, karbonhidratlara ve yağlara kadar çok çeşitli biyokimyasalları içerebilir. Özellikle adipoz gibi dokudaki tüm hücreler, trigliserit formunda lipit damlacıkları içerir. Bunlar hücresel zarlar oluşturmak için kullanılır ve mükemmel bir enerji deposudur. Lipitler, karbonhidratlarla karşılaştırıldığında gram başına iki kat daha fazla ATP molekülü oluşturabilir. Bununla birlikte, oksijen tüketiminde yoğun olarak trigliseritlerden bu enerjiyi serbest bırakma süreci ve bu nedenle hücre, sitoplazmik inklüzyonlar olarak glikojen depoları da içerir. Glikojen kapanımları, özellikle glikoz talebinde ani bir artış olabilen iskelet ve kalp kası hücreleri gibi hücrelerde önemlidir. Glikojen, hızla tek tek glikoz moleküllerine ayrılabilir ve hücre vücuttan daha fazla glikoz rezervi elde etmeden önce hücresel solunumda kullanılabilir.
Kristaller, birçok hücrede bulunan başka bir tür sitoplazmik inklüzyondur ve iç kulak hücrelerinde (dengeyi koruyarak) özel bir işleve sahiptir. Testis hücrelerinde kristallerin varlığı morbidite ve kısırlıkla bağlantılı görünmektedir. Son olarak, sitoplazma ayrıca cildin pigmentli hücrelerine yol açan melanin gibi pigmentleri de içerir. Bu pigmentler, hücreyi ve iç vücut yapılarını ultraviyole radyasyonun zararlı etkilerinden korur. Pigmentler ayrıca göz bebeğini çevreleyen iris hücrelerinde de belirgindir.
Bu bileşenlerin her biri sitoplazmanın işleyişini farklı şekillerde etkiler ve bu da onu hücrenin genel metabolik aktivitesinde rol oynayan ve bundan etkilenen dinamik bir bölge haline getirir.
Sitoplazmanın İşlevleri
Sitoplazma, hücrenin enzimatik reaksiyonlarının ve metabolik aktivitesinin çoğunun bulunduğu yerdir. Hücresel solunum, sitoplazmada anaerobik solunum veya glikoliz ile başlar. Bu reaksiyon, mitokondri tarafından ATP üretmek için kullanılan ara maddeleri sağlar. Ek olarak, mRNA’nın ribozomlar üzerindeki proteinlere çevrilmesi de çoğunlukla sitoplazmada gerçekleşir. Bir kısmı sitozolde asılı bulunan serbest ribozomlarda olurken, geri kalanı endoplazmik retikuluma tutturulmuş ribozomlarda olur.
Sitoplazma ayrıca hücre iskeletini oluşturmaya devam eden monomerleri de içerir. Hücre iskeleti, hücrenin normal aktiviteleri için önemli olmasının yanı sıra, özel bir şekle sahip hücreler için çok önemlidir. Örneğin, uzun aksonları olan nöronlar, bir sonraki hücreye iletilecek aksiyon potansiyeli için katı bir çerçeve sağlamak için ara filamentlerin, mikrotübüllerin ve aktin ipliklerinin varlığına ihtiyaç duyar. Ek olarak, bazı epitel hücreleri, hücre iskeleti aracılığıyla oluşturulan sitoplazmik ekstrüzyonların koordineli aktivitesi yoluyla hücreyi hareket ettirmek veya yabancı partikülleri çıkarmak için küçük kirpikler veya flagella içerir.
Sitoplazma, farklı organeller için belirli konumlarla hücre içinde düzen yaratmada da rol oynar. Örneğin, çekirdek genellikle yakınında bir sentrozom ile hücrenin merkezine doğru görülür. Kapsamlı endoplazmik retikulum ve Golgi cisimciği de, veziküller plazma zarına doğru yayılacak şekilde çekirdekle ilişkili olarak yerleştirilir.
Sitoplazmik Akış
Sitoplazma içindeki hareket, sitozolün çekirdek veya vakuol etrafındaki yönlendirilmiş hareketi yoluyla da toplu olarak gerçekleşir. Bu, yaklaşık 10 cm uzunluğunda olabilen bazı yeşil alg türleri gibi büyük tek hücreli organizmalarda özellikle önemlidir. Sitoplazmik akış, fotosentezi optimize etmek ve tüm hücreye besinleri dağıtmak için kloroplastları plazma zarına yakın konumlandırmak için de önemlidir. Fare oositleri gibi bazı hücrelerde, sitoplazmik akışın hücresel alt bölmelerin oluşumunda ve organel konumlandırmasında da bir rolü olması beklenir.
Sitoplazmik Kalıtım
Sitoplazma, kendi genomlarını (kloroplast ve mitokondri) içeren iki organele ev sahipliği yapar. Bu organeller, oosit aracılığıyla doğrudan anneden miras alınır ve bu nedenle, çekirdek dışında kalan genleri oluşturur. Bu organeller, çekirdekten bağımsız olarak çoğalır ve hücrenin ihtiyaçlarına cevap verir. Sitoplazmik veya çekirdeksiz kalıtım, bu nedenle, erkek ebeveyn ile karıştırma veya rekombinasyona uğramamış, kesintisiz bir genetik hat oluşturur.
İlgili Biyoloji Terimleri
- Kemotaksis – Kimyasal bir sinyale yanıt olarak bir hücrenin hareketi.
- Ara Filamentler – Aktin liflerinden daha büyük ve mikrotübüllerden daha küçük yapısal ve işlevsel özellikleri paylaşan bir protein ailesi tarafından oluşturulan hücre iskeleti bileşenleri.
- Kinesin – Bir mikrotübül boyunca hareket edebilen ve özellikle hücre bölünmesi sırasında hücresel bileşenlerin hareketi için önemli olan bir grup motor proteini.
- Sinsityum – Birden çok hücrenin plazma zarının füzyonu ile oluşan çok çekirdekli bir hücre.